中国微生物学会第十二届地质微生物学学术研讨会

       微生物、植物分泌到体外的胞外酶是有机质等大分子物质的主要分解者，其活性是定量评估土壤与沉积物中有机碳稳定性的关键因素，是建立气候预测模型所需的关键参数。胞外酶常附着于矿物表面，但矿物吸附态胞外酶的活性如何发生变化，变化的程度及其驱动机制是目前研究的弱点。针对此问题，通过研究铁镁质矿物、长英质矿物、铁锰氧化物与粘土矿物等16种代表性矿物和葡萄糖苷酶之间的相互作用，发现矿物对胞外酶具有抑制和保护双重作用。矿物的吸附作用使酶的绝对活性降低，降低程度与矿物表面吸附容量和酶的蛋白质结构畸变程度成正比；同时，吸附到矿物表面酶的平均寿命延长，从而不利于有机碳的长期保存，而蒙脱石的团聚现象和水钠锰矿的表面催化性质则弱化这两种矿物对酶的保护作用。
       氧化还原波动环境下，富Fe(II)矿物在有氧条件下经芬顿反应在其表面产生活性氧分子，特别是氧化性极高的羟基自由基破坏矿物表面吸附态的胞外酶结构，显著降低酶的活性和寿命，其降低程度与矿物类型、酸碱条件等环境因子相关。矿物表面产生羟基自由基的产量与pH值成反比、与矿物结构Fe(II)氧化程度成正比；相较于蒙脱石和磁铁矿，还原态粘土矿物绿脱石表面羟基自由基产量最高，因此对吸附态酶结构的影响也最大、对酶活性的抑制最强，相比于厌氧条件降低程度达5倍以上，胞外酶活性的快速降低有利于有机碳库的长期稳定。这项研究揭示了由矿物表面性质调控的胞外酶活性变化，对于深刻理解矿物-微生物相互作用驱动的碳循环具有重要意义。
 

黏土矿物、铁氧化物、矿物比表面积、活性氧、胞外酶